三维物品的增材制造制造技术

提供了一种用于通过连续地沉积各个粉末材料层来形成三维物品的方法，各个粉末材料层熔融在一起以形成物品。该方法包括：提供发射电子束的至少一个电子束源；提供漏电流检测器，用于感测通过阳极和/或维纳尔杯的电流；提供可通过开关连接到维纳尔杯的低阻抗电压源，其中电压源具有比施加到阴极的负电位更负的电位；当漏电流检测器感测到通过阳极和/或维纳尔杯的高于预定值的电流时，通过闭合开关将维纳尔杯提供到低阻抗负电压，在形成三维物品时保护阴极免受真空电弧放电能量电流的影响。

Additional Manufacturing of Three-dimensional Items

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】三维物品的增材制造
本专利技术涉及通过连续熔融粉末材料的各个层来增材制造三维物品的方法。
技术介绍
自由形式制造或增材制造是通过连续熔融施加到工作台上的粉末层的所选部分来形成三维物品的方法。增材制造设备可以包括：工作台，在其上要形成三维物品；粉末分配器或粉末分发器，其布置成在工作台上铺设薄层粉末以形成粉末床；高能量束，其用于向粉末传递能量，由此发生粉末的熔融；元件，其用于控制能量束在粉末床上释放的能量，用于通过粉末床的部分的熔融而形成三维物品的横截面；和控制计算机，其中存储有关三维物品的连续的横截面的信息。通过由粉末分配器所连续铺设的粉末层的相继形成的横截面的相继熔融而形成三维物品。在增材制造中，短制造时间和最终产品的高质量是至关重要的。最终产品的所需材料特性可取决于控制熔融处理的能力。EBM(电子束熔化)是这样的一种增材制造：其中电子加速柱中的电子发射阴极是电子束产生的源，电子束接着充当用于熔化粉末材料的能量束。一个问题是，阴极以及连接到阴极的控制电子器件对EBM机器中可能出现的高放电电流非常敏感。放电电流是由污染颗粒触发的真空电弧放电的结果，污染颗粒桥接阴极和阳极之间的电加速场。由于其他原因，污染颗粒可以是从熔化处理蒸发的材料和/或存在于真空室中的污染颗粒。放电电流可能破坏阴极元件和/或连接到阴极元件的电子器件，这接着将停止增材制造处理。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种方法和设备，该方法和设备禁止放电电流破坏EBM增材制造机器中的阴极元件和/或连接到阴极元件的电子器件。通过根据本文所述的权利要求的方法和设备中的特征来实施上述目的。在本专利技术的第一方面，提供了一种用于通过连续地沉积各个粉末材料层来形成三维物品的方法，各个粉末材料层熔融在一起以形成所述物品，该方法包括以下步骤：提供至少一个电子束源，其发射电子束，用于加热粉末材料或熔融粉末材料中的至少一种，其中电子束源包括阴极，阳极和位于阴极和阳极之间的维纳尔杯；提供漏电流检测器，用于感测通过阳极和/或维纳尔杯的电流；提供可通过开关连接到维纳尔杯的低阻抗电压源，其中电压源具有比施加到阴极的负电位更负的电位；当漏电流检测器感测到通过阳极和/或维纳尔杯的高于预定值的电流时，通过闭合开关将维纳尔杯提供到低阻抗负电压，在形成三维物品时保护阴极免受真空电弧放电能量电流的影响。本专利技术的各种实施例的示例性和非限制性优点在于保护阴极和连接到阴极的电子器件免受真空电弧放电电流的影响，这可以极大地提高增材制造处理的可靠性。在本专利技术的各种示例实施例中，低阻抗负电压源可以包括具有足够大小的电容的电容器，以便与阴极相比在真空电弧放电的持续时间期间保持对栅极的更负的电位。至少该实施例的示例性和非限制性优点在于，实施简单且廉价以确保在真空放电事件期间的任何时间阴极元件或其电子器件不受影响。在本专利技术的各种示例实施例中，低阻抗负电压总是比栅极杯电位负200-1000V，以防止形成电子束流。在本专利技术的又一个方面，提供了一种增材制造设备，用于通过连续熔融提供在工作台上的至少一层粉末的部分来形成三维物品，这些部分对应于三维物品的连续横截面，该设备包括：至少一个电子束源，其发射电子束，用于加热粉末材料或熔融粉末材料中的至少一种，其中电子束源包括阴极，阳极和位于阴极和阳极之间的维纳尔杯；漏电流检测器，其用于感测通过阳极和/或维纳尔杯的漏电流；低阻抗电压源，其可通过开关连接到维纳尔杯，其中电压源具有比施加到阴极的负电位更负的电位；控制装置，其用于当漏电流检测器感测到通过阳极和/或维纳尔杯的电流高于预定值时闭合开关。至少该示例性实施例的示例性和非限制性优点在于保护阴极和连接到阴极的电子器件免受真空电弧放电电流的影响，这可以极大地提高增材制造设备的可靠性。本文描述的所有示例和示例性实施例本质上是非限制性的，因此不应解释为限制本文所述的本专利技术的范围。此外，本文描述的优点，即使在关于特定示例性实施例标识的情况下，也不一定以这种限制方式构造。附图说明已经概括地描述了本专利技术，现在将参考附图，附图不一定按比例绘制，并且其中：图1以示意性横截面侧视图示出了根据本专利技术的电子束源的示例性实施例；图2以示意图示出了用于产生三维产品的设备的示例性实施例，该设备可具有根据图1的电子束源；图3描绘了根据本专利技术的方法的示例实施例的示意流程图；图4是根据各种实施例的示例性系统1020的框图；图5A是根据各种实施例的服务器1200的示意性框图；和图5B是根据各种实施例的示例性移动装置1300的示意性框图。具体实施方式现在将在下文中参考附图更全面地描述本专利技术的各种实施例，附图中示出了本专利技术的一些但非全部实施例。实际上，本专利技术的实施例可以以许多不同的形式实施，并且不应该被解释为限于这里阐述的实施例。相反，提供这些实施例是为了使本公开满足适用的法律要求。除非另外限定，否则本文使用的所有技术和科学术语具有与本专利技术所涉及领域的普通技术人员公知和理解的含义相同的含义。除非另有说明，否则术语“或”在本文中具有替代和结合意义。相同的数字始终指代相同的元件。此外，为了便于理解本专利技术，下面定义了许多术语。本文定义的术语具有本领域普通技术人员在与本专利技术相关的领域中通常理解的含义。诸如“一”，“一种”和“该”的术语不旨在仅指单个实体，而是包括可以用于说明的特定示例的一般类。这里的术语用于描述本专利技术的具体实施例，但是除了权利要求中所概述的之外，它们的使用不限制本专利技术。这里使用的术语“三维结构”等通常是指旨在或实际制造的旨在用于特定目的的三维构造(例如，结构材料或材料的)。例如，这种结构可以借助于三维CAD系统来设计。本文在各种实施例中使用的术语“电子束”是指任何带电粒子束。带电粒子束的源可包括电子枪，线性加速器等。术语“维纳尔杯(Wehneltcup)”和“栅极杯(gridcup)”具有相同的含义并且在本文件中可互换使用。图2描绘了自由形式制造或增材制造设备21的实施例，其中可以实施根据本专利技术的创造性方法。设备21包括电子束枪6；偏转线圈7；两个粉末料斗4,14；构建平台2；构建箱10；粉末分配器28；粉末床5；和真空室20。真空室20能够经由真空系统保持真空环境，该系统可包括涡轮分子泵，涡旋泵，离子泵和一个或多个阀，其是本领域技术人员公知的，因此在这方面不需要进一步解释。真空系统由控制单元8控制。电子束枪6产生电子束，该电子束用于预热粉末，将构建平台2上提供的粉末材料熔化或熔融在一起，或者对已熔化的粉末材料进行后期热处理。控制单元8可用于控制和管理从电子束枪6发射的电子束。至少一个聚焦线圈(未示出)，至少一个偏转线圈7，用于像散校正的可选线圈(未示出)和电子束电源(未示出)可以电连接到控制单元8。在本专利技术的示例性实施例中，电子束枪6可产生可聚焦的电子束，其具有约15-60kV的加速电压和3-10kW范围内的束功率。当通过利用能量束逐层熔融粉末来构建三维物品时，真空室中的压力可以是3×10-3mbar或更低。粉末料斗4,14包括要在构建箱10中的构建平台2上提供的粉末材料。粉末材料可以是例如纯金属或金属合金，例如钛，钛合金，铝，铝合金，不锈钢，Co-Cr合金，镍基超级合金等。粉末分配器28布置成在构建平台2上铺设薄层的粉末材料。在工作循环期间，构本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于通过连续沉积各个粉末材料层来形成三维物品的方法，其特征在于，所述各个粉末材料层熔融在一起以形成所述物品，所述方法包括以下步骤：经由至少一个电子束源发射电子束，用于加热所述粉末材料或熔融所述粉末材料中的至少一种，其中所述电子束源包括阴极、阳极和位于所述阴极和所述阳极之间的维纳尔杯；对所述阴极施加负电位；经由漏电流检测器感测通过所述阳极或所述维纳尔杯中的至少一个的电流；和响应于通过所述阳极或所述维纳尔杯中的至少一个的所述电流超过预定值，闭合开关，以将所述维纳尔杯连接到低阻抗电压源，所述电压源具有比施加到所述阴极的所述负电位更负的负电位，当形成所述三维物品时，所述开关的所述闭合保护所述阴极免受真空电弧放电能量电流的影响。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.12.21 US 62/437,119;2017.10.23 US 15/790,3481.一种用于通过连续沉积各个粉末材料层来形成三维物品的方法，其特征在于，所述各个粉末材料层熔融在一起以形成所述物品，所述方法包括以下步骤：经由至少一个电子束源发射电子束，用于加热所述粉末材料或熔融所述粉末材料中的至少一种，其中所述电子束源包括阴极、阳极和位于所述阴极和所述阳极之间的维纳尔杯；对所述阴极施加负电位；经由漏电流检测器感测通过所述阳极或所述维纳尔杯中的至少一个的电流；和响应于通过所述阳极或所述维纳尔杯中的至少一个的所述电流超过预定值，闭合开关，以将所述维纳尔杯连接到低阻抗电压源，所述电压源具有比施加到所述阴极的所述负电位更负的负电位，当形成所述三维物品时，所述开关的所述闭合保护所述阴极免受真空电弧放电能量电流的影响。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，其中所述阴极元件由稀土金属氧化物材料制成。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，其中所述低阻抗负电压源包括具有电容的电容器，所述电容被配置为，与施加到所述阴极的所述负电位相比，在真空电弧放电的持续时间内，保持对所述维纳尔杯的所述更负的电位。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，其中当所述漏电流检测器感测到通过所述阳极或所述维纳尔杯中的至少一个的电流高于所述预定值时，所述低阻抗负电压源提供比所述阴极上提供的负电压更负至少1000V的负电压。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，其中列举的步骤中的一个或多个是经由至少一个控制单元或处理器由计算机实施的。6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，其中在感测到所述电流高于所述预定值时，经由至少一个控制单元自动地闭合所述开关。7.一种增材制造设备，其特征在于，所述设备用于通过连续熔融提供在工作台上的至少一层粉末的部分来形成三维物品，所述部分对应于所述三维物品的连续横截面，所述设备包括：至少一个电子束源，所述电子束源发射电子束，用于加热所述粉末材料或熔融所述粉末材料中的至少一种，其中所述电子束源包括阴极、阳极和定位在所述阴极和所述阳极之间的维纳尔杯；漏电流检测器，所述漏电流检测器构造成用于感测通过所述阳极或所述维纳尔杯中的至少一个的漏电流；低阻抗电压源，所述低阻抗电压源经由开关选择性地可连接到所述维纳尔杯，所述电压源具有比施加到所述阴极的负电位更负的电位；和控制装置，其中，响应于感测到通过所述阳极或所述维纳尔杯中的至少一个的电流大于预定值，经由所述控制装置闭合所述开关，以将所述电压源连接到所述维纳尔杯。8.根据权利要求7所述的设备，其特征在于，其中所述低阻抗负电压源是专用于在所述真空电弧放电期间保持...

【专利技术属性】
技术研发人员：克里斯蒂安·埃克伯格，
申请(专利权)人：阿尔卡姆公司，
类型：发明
国别省市：瑞典,SE